專利名稱：一種鎳鋁金屬間化合物/氧化鋯陶瓷復合材料及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種復合材料，尤其涉及一種以氧化鋯陶瓷為基體，鎳鋁金屬間化合物為增強體的復合材料及其制備方法，屬材料學領域。
背景技術：
ZrO2在氧化物陶瓷中，具有較高德室溫強度和韌性，被譽為“陶瓷鋼”。然而，氧化鋯陶瓷及其復合材料有兩個缺點，一是在濕氣和中低溫環(huán)境下的時效作用會導致力學性能逐漸下降，二是高溫下相變增韌作用減弱乃至消失從而使強度和韌性隨溫度提高而急劇下降。氧化釔穩(wěn)定的四方氧化鋯(Y-TZP)具有高強度、高斷裂韌性、耐磨性好等一系列優(yōu)異的力學性能，被視為陶瓷結構材料中的佼佼者。但是，Y-TZP在100～400℃溫區(qū)長期使用時，會導致其力學性能顯著下降，在表面伴有微觀和宏觀的微裂紋，這就是所謂的Y-TZP中低溫老化現象。這一缺陷嚴重影響了Y-TZP作為工程結構材料的實際應用。為此許多研究者試圖通過添加第二相來解決成型及應用問題。金屬間化合物相的加入在一定程度上改善ZrO2陶瓷的綜合性能，即使如此，在某些苛刻條件應用仍是現有的材料組成無法滿足的。專利號為1398819A的中國專利“鐵鋁金屬間化合物/氧化鋯陶瓷復合材料及其制備方法”公開了一種主要成分為Fe3Al、FeAl、ZrO2的陶瓷基復合材料，抗彎強度和斷裂韌性均有提高，但提高的幅度較小。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服上述現有技術的不足，提供一種高強度、高韌性的鎳鋁金屬間化合物/氧化鋯陶瓷復合材料及其制備方法。
本發(fā)明是通過以下方式實現的鎳鋁金屬間化合物/氧化鋯陶瓷復合材料，由Ni-Al金屬間化合物和氧化鋯組成，各組成部分的質量百分比(wt％)為Ni-Al金屬間化合物15-45％，ZrO285-55％。
上述鎳鋁金屬間化合物/氧化鋯陶瓷復合材料，其特征是Ni-Al金屬間化合物中各組分原子百分比是鎳65-84％、鋁35-16％。
上述鎳鋁金屬間化合物/氧化鋯陶瓷復合材料的制備方法，其特征包括以下步驟1)將鎳粉和鋁粉按原子百分比鎳65-84％、鋁35-16％配料，球磨40-50小時，進行機械合金化，形成主晶相為Ni3Al和NiAl的混合物；2)將主晶相為Ni3Al和NiAl的混合物與ZrO2細粉按Ni-Al金屬間化合物15-45％，ZrO285-55％配料后，機械球磨，球磨后的粉料通過200目篩，制得混合粉體；3)把粉體材料裝入石墨模具中，在真空中或用氮氣作保護氣體，熱壓燒結，燒結溫度范圍為1300-1500℃，壓力為25-40MPa。燒結時間1小時，保溫保壓20-30分鐘。
上述鎳鋁金屬間化合物/氧化鋯陶瓷復合材料的另一種制備方法，其特征包括以下步驟1)將金屬鎳粉、鋁粉按原子百分比鎳鎳65-84％、鋁35-16％配料，然后與ZrO2粉體按Ni-Al金屬間化合物15-45％，ZrO285-55％準確配料，機械球磨40-50小時，球磨后的粉料通過200目篩，制得混合粉體；2)將粉體裝入石墨模具中，用真空或氮氣作保護氣體，熱壓燒結，燒成溫度1300～1500℃，壓力為25～40MPa。
利用本發(fā)明制備鎳鋁金屬間化合物/氧化鋯陶瓷復合材料，可以對增強相和制備方法進行優(yōu)化選擇，改善氧化鋯陶瓷的綜合性能，硬度可以提高30％，抗彎強度可以提高50％。
具體實施例方式實施例1首先將鎳粉6.45千克、鋁粉8.55千克于球磨機中球磨50小時，然后加入ZrO2粉85千克，60轉/小時機械混合2小時，經真空干燥后用200目篩篩選，在1400℃的溫度，30MPa下熱壓燒結；所制得復合材料得硬度為70(HRC)，抗彎強度為880MPa。
實施例2將鎳粉12.9千克、鋁粉17.1千克于球磨機中球磨40小時，然后加入ZrO2粉70千克，60轉/小時機械混合4小時，經真空干燥后用200目篩篩選。在1500℃的溫度，30MPa下熱壓燒結；所制得復合材料得硬度為75(HRC)，抗彎強度為900MPa。
實施例3將鎳粉6.45千克、鋁粉8.55千克和ZrO2粉85千克同時加入球磨機中球磨50小時，經真空干燥后用200目篩篩選，在1450℃的溫度30MPa下熱壓燒結。所制得復合材料得硬度為80(HRC)，抗彎強度為950MPa。
權利要求
1.一種鎳鋁金屬間化合物/氧化鋯陶瓷復合材料，其特征是由Ni-Al金屬間化合物和氧化鋯組成，各組成部分的質量百分比(wt％)為Ni-Al金屬間化合物15-45％，ZrO285-55％。
2.如權利要求1所述的一種鎳鋁金屬間化合物/氧化鋯陶瓷復合材料，其特征是，Ni-Al金屬間化合物中各組分原子百分比是鎳65-84％、鋁35-16％。
3.權利要求1或2所述的一種鎳鋁金屬間化合物/氧化鋯陶瓷復合材料制備方法，其步驟如下1)將鎳粉和鋁粉按原子百分比鎳65-84％、鋁35-16％配料，球磨40-50小時，進行機械合金化，形成主晶相為Ni3Al和NiAl的混合物；2)將主晶相為Ni3Al和NiAl的混合物與ZrO2細粉按Ni-Al金屬間化合物15-45％，ZrO285-55％配料后，機械球磨，球磨后的粉料通過200目篩，制得混合粉體；3)把粉體材料裝入石墨模具中，在真空中或用氮氣作保護氣體，熱壓燒結，燒結溫度范圍為1300-1500℃，壓力為25-40MPa。燒結時間1小時，保溫保壓20-30分鐘。
4.如權利要求1或2所述的一種鎳鋁金屬間化合物/氧化鋯陶瓷復合材料的另一種方法，其特征是包括以下步驟1)將金屬鎳粉、鋁粉按原子百分比鎳65-84％、鋁35-16％配料，然后與ZrO2粉體按Ni-Al金屬間化合物15-45％，ZrO285-55％準確配料，機械球磨40-50小時，球磨后的粉料通過200目篩，制得混合粉體；2)將粉體裝入石墨模具中，用真空或氮氣作保護氣體，熱壓燒結，燒成溫度1300～1500℃，壓力為25～40MPa。
全文摘要
本發(fā)明屬陶瓷材料領域，涉及高強度、高韌性的鎳鋁金屬間化合物/氧化鋯陶瓷復合材料及其制備方法。該復合材料各組成部分的質量百分比(wt％)為Ni－Al金屬間化合物15－45％，ZrO
文檔編號C04B35/626GK101054294SQ20071001467
公開日2007年10月17日 申請日期2007年5月25日 優(yōu)先權日2007年5月25日
發(fā)明者孫康寧, 龐來學, 孫昌, 任帥 申請人:山東大學